CAD在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

1、泰山職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）院系：機(jī)電工程系專業(yè)：機(jī)電一體化班級(jí)：2008級(jí)機(jī)電7班姓名：2011年6月日論文題目CAD在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用摘要：目前，CAD技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，為機(jī)械制造業(yè)提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持。從CAD勺概念及應(yīng)用、CA豉術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的優(yōu)點(diǎn)、CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的不足和CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)四個(gè)方面對(duì)這個(gè)問題進(jìn)行了論述，提出了一些思考。關(guān)鍵詞：CAD機(jī)械設(shè)計(jì)；應(yīng)用。目錄摘要和關(guān)鍵詞1目錄321 .計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)31.1 CAD技術(shù)簡(jiǎn)介31.2 CAD軟件現(xiàn)狀、主要分類，及各自的主要特色31.3 CAD發(fā)展方向,42 .CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的

2、優(yōu)點(diǎn)62.1 符合人的思維過程62.2 縮短了機(jī)械設(shè)計(jì)周期,62.3 零件設(shè)計(jì)和修改非常方便62.4 在裝配環(huán)境中裝配零件方便直觀62.5 提高機(jī)械產(chǎn)品的技術(shù)含量和質(zhì)量73 .CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的不足74 .CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)75 .結(jié)論86 參考文獻(xiàn)87 =7p1工八jjJJ11JJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJv1 .計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)1.1 CAD技術(shù)簡(jiǎn)介CAD技術(shù)是隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而逐步發(fā)展起來的，它具有工程及產(chǎn)品的分析計(jì)算、幾何建模、仿真與試驗(yàn)、繪制圖形、工程數(shù)據(jù)庫(kù)管理和生成設(shè)計(jì)文件等功能。進(jìn)二十年來，由于計(jì)算機(jī)硬件性能的不斷提

3、高，CADK術(shù)有了大規(guī)模的發(fā)展，目前CAD計(jì)算已經(jīng)應(yīng)用于許多行業(yè)，如機(jī)械、汽車、飛機(jī)、船舶、電子、輕工、建筑、化工、紡織及服裝等。CADK術(shù)應(yīng)用于機(jī)械類產(chǎn)品設(shè)計(jì)的比例最大，機(jī)械CADft整個(gè)工程CAD占有比較重要的位置。1.2 CAD軟件現(xiàn)狀、主要分類，及各自的主要特色CAC®工程技術(shù)人員以計(jì)算機(jī)為工具，對(duì)產(chǎn)品和工程進(jìn)行設(shè)計(jì)、繪圖、分析和編寫技術(shù)文檔等設(shè)計(jì)活動(dòng)的總稱。根據(jù)模型的不同，CAD系統(tǒng)一般可分為二維CAD系統(tǒng)和三維CADS統(tǒng)：二維CADS統(tǒng)一般將產(chǎn)品和工程設(shè)計(jì)圖紙看成是“點(diǎn)、線、圓、弧、文本，”等幾何元素的集合，所依賴的數(shù)學(xué)模型是幾何模型。目前使用最多的是Autodesk公司

4、的AutoCAD件。三維CADS統(tǒng)的核心是產(chǎn)品的三維模型，這種三維模型包含了更多的實(shí)際結(jié)構(gòu)特征，使用戶在采用三維CAD造型工具進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，更能反映時(shí)間產(chǎn)品的構(gòu)造或加工制造過程。目前使用最多的有PTC公司的Pro/Engineer軟件；ED然司的UGFB件；Solidwords軟件；UG公司的SolidEdge軟件。根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生方式和組織管理形式不同，企業(yè)對(duì)CAD®C件的功能又有四方面不同需求：一、計(jì)算機(jī)二維繪圖功能：“甩掉圖版”把科技人員從繁瑣的手工繪圖中解放出來，其是CAEE用的主要目標(biāo)，也是CADK術(shù)的最重要功能。二、計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)（CAPP功能：進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，

5、工藝設(shè)計(jì)任務(wù)管理，材料定額管理等功能，實(shí)現(xiàn)工藝過程標(biāo)準(zhǔn)化，保證獲得高質(zhì)量的工藝規(guī)程，提高企業(yè)工藝編制的效率和標(biāo)準(zhǔn)化。三、三維設(shè)計(jì)，裝配設(shè)計(jì)，曲面設(shè)計(jì)，鉞金設(shè)計(jì)，有限元設(shè)計(jì)，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真，注塑分析，數(shù)控加工等三維CADCAMft能，可以解決企業(yè)的三維設(shè)計(jì)，虛擬設(shè)計(jì)與裝配，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析，應(yīng)力應(yīng)變分析，鉞金件的展開和排樣等困難，使企業(yè)走向真正的CADS計(jì)。四、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理PDM復(fù)雜產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和開發(fā)，不僅要考慮產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)結(jié)果，而且必須考慮產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)過程的管理與控制。管理產(chǎn)品生命周期的所有數(shù)據(jù)（包括圖紙技術(shù)文檔）以及產(chǎn)品開發(fā)的工藝過程，使CADCAPPCA琳系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)共享，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作規(guī)范化保

6、持一致性，保證圖紙、工藝卡、加工代碼、技術(shù)資料等的安全性。1.3 CAD發(fā)展方向當(dāng)前工業(yè)企業(yè)正面臨著市場(chǎng)全球化、制造國(guó)際化和品種需求多樣化的新挑戰(zhàn)，各企業(yè)間圍繞著時(shí)間、質(zhì)量和成本的競(jìng)爭(zhēng)越來越激烈。由此出現(xiàn)了一系列先進(jìn)制造技術(shù)、系統(tǒng)和新的生產(chǎn)管理方法。如并行工程、及時(shí)生產(chǎn)、精良生產(chǎn)、敏捷制造和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等，所有這些先進(jìn)制造技術(shù)和系統(tǒng)都與CAD系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用密切相關(guān)。目前CAD系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾方面：1、CADS統(tǒng)應(yīng)用面向產(chǎn)品的全過程：在產(chǎn)品的全過程中，要求產(chǎn)品的信息能在產(chǎn)品生命周期的不同環(huán)節(jié)方便地轉(zhuǎn)換，有助于產(chǎn)品開發(fā)人員在設(shè)計(jì)階段能全方位地考慮產(chǎn)品的成本、質(zhì)量、進(jìn)度及用戶需求。2

7、、CAD系統(tǒng)應(yīng)滿足并行設(shè)計(jì)的要求：并行工程的關(guān)鍵是用并行設(shè)計(jì)方法代替用行設(shè)計(jì)方法。產(chǎn)品在設(shè)計(jì)過程中可以容易地被分解為不同的模塊，分別由不同設(shè)計(jì)人員分工進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行組裝和集成。在產(chǎn)品的開發(fā)過程中，使開發(fā)組成員易于實(shí)現(xiàn)半結(jié)構(gòu)化通信，同時(shí)不同的設(shè)計(jì)層具有不同的管理使用權(quán)限。對(duì)產(chǎn)品建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型后進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理。3、CAD系統(tǒng)應(yīng)滿足靈活的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)：設(shè)計(jì)人員可在虛擬現(xiàn)實(shí)中創(chuàng)造新的產(chǎn)品模型，并檢查設(shè)計(jì)效果，可以及早看到新產(chǎn)品的外形，以使從多方面觀察和評(píng)審所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品；可以運(yùn)用虛擬工具任意改變產(chǎn)品的外形而無需耗費(fèi)材料及占用加工設(shè)備，這種方法可盡早地發(fā)現(xiàn)在產(chǎn)品研制過程的最初階段出現(xiàn)的

8、設(shè)計(jì)缺陷如結(jié)構(gòu)空間的干涉等問題，以保證設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。CADS統(tǒng)要具有很好的可移植性和自組織性；在CAD系統(tǒng)中，用戶可以根據(jù)自己的需要隨時(shí)加入運(yùn)行文件和模塊，還可重新裝配各個(gè)模塊中的子模塊，或者按照自己的要求修改系統(tǒng)中的不足之處，而這種修改不會(huì)影響這個(gè)CADS統(tǒng)。4、CADS統(tǒng)要具有很女？的集成性：CADfCAPPCAM勺集成已成為工程領(lǐng)域中急需解決的問題。一般可以通過兩個(gè)途徑來解決：一是通過接口，將現(xiàn)有的各自獨(dú)立的CADCAPPffiCAMS統(tǒng)連接起來；二是開發(fā)集成的CAD/CAPP/CA燎統(tǒng)。5、智能CAD系統(tǒng)：智能CAD一種新型的高層次計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法和技術(shù)。它將人工智能的理論和技術(shù)與C

9、AD相結(jié)合，使計(jì)算機(jī)具有支持人類專家的設(shè)計(jì)思維、推理決策及模擬人的思維方法與智能行為的能力，從而把設(shè)計(jì)自動(dòng)化推向更好的層次，這種智能性具體表現(xiàn)為：（1）智能地支持設(shè)計(jì)人員，而且是人機(jī)接口也是智能的。系統(tǒng)必須懂得設(shè)計(jì)人員的意圖，能夠檢測(cè)失誤，回答問題，提出建議方案等。（2）具有推理能力，使不熟悉的設(shè)計(jì)人員也能做出好的設(shè)計(jì)來。在未來的幾十年里，CADK術(shù)將在建模技術(shù)、軟件組件集成智能化方面進(jìn)一步發(fā)展，因而也必將在機(jī)械工程設(shè)計(jì)的各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。2. CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的優(yōu)點(diǎn)2.1 符合人的思維過程機(jī)械設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)時(shí)總是先構(gòu)思后表達(dá)，由于腦海中構(gòu)思出的產(chǎn)品形狀是三維的，因而直接建立反

10、映產(chǎn)品真實(shí)幾何形狀的三維實(shí)體模型自然是理想的表達(dá)方式。這可使機(jī)械設(shè)計(jì)師更加專注于產(chǎn)品設(shè)計(jì)本身，而不是產(chǎn)品的圖形表示，符合機(jī)械設(shè)計(jì)師的創(chuàng)新意識(shí)，有利于設(shè)計(jì)的連續(xù)進(jìn)行。由于CAD三維設(shè)計(jì)得到的三維立體圖具有直觀、易于理解等特點(diǎn)，不僅能促進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)師的思維深入，有利于設(shè)計(jì)的擴(kuò)展，而且也便于與他人進(jìn)行交流。2.2 縮短了機(jī)械設(shè)計(jì)周期CADE維機(jī)械設(shè)計(jì)有利于解決復(fù)雜的幾何造型問題。它可以由簡(jiǎn)單幾何實(shí)體通過布爾運(yùn)算等功能組合出各種復(fù)雜的幾何實(shí)體，并能自動(dòng)生成相貫線和截交線，大大減輕了設(shè)計(jì)工作量，縮短機(jī)械設(shè)計(jì)周期近1/3,大幅度地提高了設(shè)計(jì)和生產(chǎn)效率。在用三維CAD系統(tǒng)進(jìn)行新機(jī)械的開發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)，只需對(duì)其中部分

11、零部件進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和制造，而大部分零部件的設(shè)計(jì)都將繼承以往的信息，使機(jī)械設(shè)計(jì)的效率提高了3-5倍。同時(shí)，三維CAD系統(tǒng)具有高度變型設(shè)計(jì)能力，能夠通過快速重構(gòu)，得到一種全新的機(jī)械產(chǎn)品。2.3 零件設(shè)計(jì)和修改非常方便使用三維CAD系統(tǒng)軟件，可以在裝配環(huán)境中設(shè)計(jì)新零件，也可以利用相鄰零件的位置及形狀來設(shè)計(jì)新零件，既方便又快捷，還可保證新零件與相鄰零件的精確配合，避免了單獨(dú)設(shè)計(jì)零件出現(xiàn)錯(cuò)誤而導(dǎo)致裝配的失敗。比如可以在裝配環(huán)境中根據(jù)箱體的形狀及其他的配合要求快速準(zhǔn)確地設(shè)計(jì)出所需要的箱蓋來。零件環(huán)境中有查找器，在完成機(jī)械零件造型時(shí)，資源查找器同時(shí)列出了完成該零件的所有命令，點(diǎn)擊這些命令就可以很清楚地了解完

12、成該零件的每個(gè)步驟，并利用資源查找器中的零件回放把零件造型的全過程通過動(dòng)畫連續(xù)地演示出來，使人一目了然。修改零件時(shí)，也可以點(diǎn)擊資源查找器中相對(duì)應(yīng)的命令來完成，更方便地是在裝配環(huán)境中也可以進(jìn)行零件的修改，即點(diǎn)擊要修改的零件就可以進(jìn)入零件環(huán)境來完成零件的修改。2.4 在裝配環(huán)境中裝配零件方便直觀運(yùn)用不同的裝配關(guān)系可以把各個(gè)機(jī)械零件裝配起來。在裝配過程中，資源查找器中的裝配路徑查找器記錄了零件之間的裝配關(guān)系，若裝配不正確或發(fā)生干涉，查找器即予以顯示，同時(shí)可對(duì)零件的裝配進(jìn)行靜干涉的檢查，如果發(fā)現(xiàn)干涉就可及時(shí)對(duì)零件等進(jìn)行修改，以保證設(shè)計(jì)的正確性。另外，零件還可以隱藏，在隱藏了外部零件后，可清楚地看到內(nèi)部

13、的裝配結(jié)構(gòu)。在整個(gè)機(jī)器或某個(gè)部件裝配模型完成后還能進(jìn)行運(yùn)動(dòng)演示，對(duì)于有一定運(yùn)動(dòng)行程要求的，可檢驗(yàn)行程是否達(dá)到要求，對(duì)于在靜態(tài)下不發(fā)生干涉而在運(yùn)動(dòng)中出現(xiàn)碰撞的也可檢驗(yàn)出來，從而及時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行更改，保證設(shè)計(jì)的正確性，避免了機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)后才發(fā)現(xiàn)問題需要修改甚至報(bào)廢。同時(shí)還可以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，能清楚地看到機(jī)器運(yùn)動(dòng)的全過程。直接在計(jì)算機(jī)上對(duì)設(shè)計(jì)出的零件進(jìn)行虛擬加工和裝配試驗(yàn)，檢查零件加工工藝性和裝配質(zhì)量（有否干涉、松動(dòng)等），從而減少昂貴的產(chǎn)品試驗(yàn)?zāi)Ｐ唾M(fèi)用。2.5 提高機(jī)械產(chǎn)品的技術(shù)含量和質(zhì)量由于機(jī)械產(chǎn)品與信息技術(shù)相融合，同時(shí)采用了CADS計(jì)方法和CIMS&織生產(chǎn),使機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)有了新發(fā)展。三維CA

14、D技術(shù)采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法，如優(yōu)化、有限元受力分析等，保證了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量。同時(shí)，大型企業(yè)數(shù)控加工手段較完善，再采用CAD/CAPP/CAM行機(jī)械零件加工，一致性很好，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。三維機(jī)械設(shè)計(jì)不僅可以方便地描述對(duì)象的形狀、大小和位置等幾何特征，而且還可以賦予設(shè)計(jì)對(duì)象以顏色、紋理、體積、重心、慣性矩等多種信息，達(dá)到對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象幾何形狀確切的數(shù)學(xué)描述和工作狀態(tài)的物理模擬，從而更充分、準(zhǔn)確、全面、真實(shí)地表達(dá)設(shè)計(jì)者的意圖。3. CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的不足1 .把CADg術(shù)作為取代圖板的繪圖工具，并未實(shí)現(xiàn)真正的設(shè)計(jì)。目前有些單位用CAD三維軟件做出的三維模型僅為效果圖，并沒有用在整體空間設(shè)計(jì)和受力分

15、析，還停留在平面設(shè)計(jì)上，只是把用手工出圖轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)出圖的現(xiàn)狀。當(dāng)然計(jì)算機(jī)出圖有很多的優(yōu)點(diǎn)，例如美觀、規(guī)范、修改容易、存檔方便等。但是如果只停留在這個(gè)階段，就失去CAD勺作用，因?yàn)镃AC®輔助設(shè)計(jì)，不是輔助繪圖。2.精通CADK術(shù)的設(shè)計(jì)人員不足。三維CADK術(shù)是一個(gè)復(fù)雜多變的系統(tǒng)，并不是每個(gè)設(shè)計(jì)人員都能掌握得很好，大部分人員沒有受過專門的訓(xùn)練，對(duì)它的功能了解不夠，他們完成的設(shè)計(jì)很可能不夠完善。4 .CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)隨著計(jì)算機(jī)性能的提高，網(wǎng)絡(luò)通訊的普及化、信息處理的智能化，CADE維技術(shù)正向規(guī)范化、智能化、集成化的方向發(fā)展。（1）規(guī)范化。規(guī)范化（標(biāo)準(zhǔn)化）的趨勢(shì)體現(xiàn)在幾個(gè)方面：數(shù)據(jù)模

16、型的規(guī)范化（標(biāo)準(zhǔn)化）、數(shù)據(jù)交換格式的標(biāo)準(zhǔn)化和CADK源的規(guī)范化等。數(shù)據(jù)模型應(yīng)采用STEM準(zhǔn)體系。隨著STEP標(biāo)準(zhǔn)體系的逐步完善，它對(duì)于幾何數(shù)據(jù)、工程數(shù)據(jù)模型的思想將作為新一代CAD系統(tǒng)的開發(fā)指南?？恳郧暗囊恍?biāo)準(zhǔn)接口已經(jīng)無法完全滿足CAEB據(jù)交換的要求。目前，參數(shù)化特征模型的傳輸還是一個(gè)世界難題，在STEM準(zhǔn)基礎(chǔ)上，相信這一點(diǎn)能有所突破。（2）智能化。特征造型和參數(shù)設(shè)計(jì)的采用即是智能化方面的進(jìn)步。軟件不僅僅是提供一些繪制的工具由人們?nèi)ナ褂?，也不再將占線面數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在一起，而忽略其內(nèi)在聯(lián)系。特征和參數(shù)的引入使得軟件似乎成為人類（用戶）一個(gè)更聰明的助手。CAEB件應(yīng)該更大限度地將工程數(shù)據(jù)概念集成到數(shù)

17、據(jù)模型中，例如目前，CAEB件的特征模型主要是解決零件幾何造型的問題，而對(duì)于后續(xù)分析、CAPPffi加工的需要還考慮得不夠。（3）集成化。集成化是當(dāng)今CADK術(shù)發(fā)展的又一大趨勢(shì)。CADK術(shù)不是孤立的。首先，它集成了計(jì)算機(jī)軟硬件、數(shù)據(jù)庫(kù)、外圍設(shè)備、圖形學(xué)、網(wǎng)絡(luò)及各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)。同時(shí)，它又不斷和CAM計(jì)算機(jī)輔助制造）、CAPP計(jì)算機(jī)輔助工藝流程規(guī)劃）、MIS（管理信息系統(tǒng)）、PDM聲品數(shù)據(jù)管理）以及MRP制造資源管理）等系統(tǒng)相集成。由于Internet的發(fā)展，使得這些設(shè)想得以實(shí)現(xiàn)。如何構(gòu)造在Internet體系上的CAD/CAM1成化系統(tǒng)將會(huì)是人們追蹤的熱點(diǎn)。特別是在全球經(jīng)濟(jì)一體化的背景下，并

18、行工程、異地設(shè)計(jì)制造等概念的發(fā)展和應(yīng)用，基于網(wǎng)絡(luò)、基于WEB勺協(xié)同設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)大受青睞。現(xiàn)在已有一些標(biāo)準(zhǔn)，如解決異構(gòu)系統(tǒng)平臺(tái)的XML和XML-3D以及解決三維圖形、圖像在互聯(lián)網(wǎng)上傳輸共享的VRM標(biāo)準(zhǔn)相繼出臺(tái)，已經(jīng)為我們?cè)诨ヂ?lián)網(wǎng)的構(gòu)架下，建立協(xié)同設(shè)計(jì)和協(xié)同工作的環(huán)境打下了基礎(chǔ)。5 .結(jié)論本文通過對(duì)CADK術(shù)發(fā)展的介紹突飛猛進(jìn)的發(fā)展，為機(jī)械制造業(yè)提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持。從CAD勺概念及應(yīng)用、CA酸術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的優(yōu)點(diǎn)、CA酸術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的不足和CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)四個(gè)方面對(duì)這個(gè)問題進(jìn)行了論述，提出了一些思考。參考文獻(xiàn)1 董超.AutoCAD三維制圖在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用.試驗(yàn)技術(shù)與試驗(yàn)機(jī)，2004,(3)|2 趙志.AutoCAD在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用.同煤科技，2007,(4)|3 張夕琴.CAD/CAE支術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用.裝備制造技術(shù)，2007,(12).4刁燕，羅華，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)講義，四川大學(xué)錦江學(xué)院，200